Foucault testerin rakentaminen

[Ari Haavisto]

Kuulostaa siltä, että edessä on hauskaa ja yllätyksiä. Olen tässä miettinyt:

-Useasti kuulee kuinka joku on tehnyt kaukoputken ja sitten "monisatakertaisella suurennuksella tähdet olivat neulnteräviä". Itse kun katson tai kuvaan millä tahansa putkella, hyvällä tai huonolla, tähdet ovat aina nuljuvia suhjupalloja tanssien sinne tänne. En muista neulanterävää tähteä yli 100 kertaisella suurennuksella millään putkella.

-Tee tähtitesti, se on helppoa. "Kuvio on symmetrinen, mutta kolmannen interferenssirenkaan oikeassa yläkulmassa on pieni värinä". Itse kun teen tähtitestin, se on poikkeuksetta hirveää suttua ja kuraa ja kuviota ei edes näe kuin infrapunan yksittäisruuduissa. Tulokset ovat vain viitteellisiä, paitsi kaikkein karkeimmissa virheissä, kuten taannoin kun tähdet olivat kolmioita hionnan jäljiltä.

-Keinotähti auttaa, kunhan se on riittävän kaukana. Itse: Voihan mooses, siinäpä vasta kauhea kiehunta olikin...

-Ronchi-okulaari on helppo tapa tehdää karkeaa arviointia, kunhan viivoja on vain pari. Itsellä kaikki alle kymmenen viivaa näyttää joukolta raitapukuisia vankeja pakenemassa seeproilla ratsastaen.

Tältä pohjalta voimmekin jo ennustaa, että tosiaan foucault tullee olemaan myös  jotain muuta kuin nettivideoilla näytetään ja tulokset, jos niitä saan, jotain muuta kuin odotusarvo niin hyvässä kuin pahassa...

[Timo Kantola]

Tein lisäyksen viellä tuohon aikasempaan postaukseen.
Ja sitten varsinainen asia:

Jos kuvaa focault kuvia, niin filtteristä saattaa olla apua, mieluiten vihreä filsu.

Focaultilla kuvatessa on se kiva ominaisuus että sillä saa peilin pinnanlaadusta hyvän käsityksen. Tuossa on neljäkuvaa 30cmF5 peilin muotoilun eri vaiheista (varoittavana esimerkkinä).

Kaikkein silein pinta - kuva missä peilin keskimerkki paikallaan (valkoinen rinkula) on OrionOptics:in tehtaan jäljiltä, heijastava alumiinipinta viellä paikoillaan. Pinnassa näkyy konekiillotuksen jäljiltä lievää kumparemaisuutta - ei paha. Pinnan muodon tarkuus ei kuitenkaan ollut sitä mitä piti ja päätin muotoilla peilin uudelleen - koneella.

Peilin hiontakone ei ollut kuitenkaan soveltuva muotoiluun, jälkikäteen tiedän että kiillotustyökalulle olisi pitänyt olla nopeussäädöllä varustettu pyöritys.

Sinnikkäästi muotoilin peiliä koneella noin 120 hionta sessiota, välillä "väkivaltaakin käyttäen" jonka takia peilistä on melko paljon focault kuvia erillaisten "käsittelyjen" jäljiltä. Focaultmittalaitteen kuvista, luulen että, on mahdollista nähdä muutaman nanometrin pinnan muodon epätasaisuuksia.

[mistral]

-Keinotähti auttaa, kunhan se on riittävän kaukana. Itse: Voihan mooses, siinäpä vasta kauhea kiehunta olikin...

Veikkaan että keinotähti vaatii onnistuakseen lumipeitteen maahan jotta maalämpö ei haittaisi, myös järvet saisi olla jäässä eikä Tampereen lämpö saisi sekoittaa ilmaa. Ja vielä tuuli sekoittaa ilmakerroksia niin että esim hallakerros poistuu. Hallakerros siis on vaan maan pinnassa oleva "avaruusjäähdytin", se toimii vaikka olisi 20 astetta pakkasta ylempänä. Mutta tuuli taas heiluttaa optiikkaa niin ei ole helppoa käyttää keinotähteä.

[Ari Haavisto]

Hmmmm. Timo, sinulla siis on peili, jonka mukana oli mittausraportti 1/10 aallon tarkkuudesta, mutta peilin kylkeen oli merkattu 1/6 aallon tarkkuus ja omissa mittauksissasi sait myös tulokseksi luokkaa 1/6 tai hiukan huonompi. Tähtitestissä näkyi selkeä ylikorjaus, joka näkyi yllättävän voimakkaasti ollakseen 1/6

Ja minulla on peili, jonka mukana tuli mittausraportti 1/12 aaltoa, mutta tähtitestissä näkyy aika vastaava ylikorjaus kuin sinulla näkyi (+astigmatismia) ja kuvanlaatu selkeästi leikkautuu kesken.

Mielenkiintoista kuinka voimakas tuo 1/6 aallon virhe on ja kuinka paljon tuon näköisenä tähtitestissä näyttäytyvä virhe vaikuttaa kuvanlaatuun. Perinteinen 1/4 aallon raja tuntuu tätä vasten käsittämättömältä. Nyt entistä enemmän kiinnostaa, mitä saan mittauksissa selville, sillä minulla ainakaan ei kyse ole vahingossa mukaan laitetusta väärän peilin raportista.

[Timo Kantola]

Juu tuossa peilissä oli vähän epäselvyyksiä tarkkuudesta, ja käsitteetkin oli mulla hukassa, onneksi selvensit tuolloin ja hyvä laittaa ehkä muillekkin :

Onko 1/6 wave vai wavefront? Orion opticsin itsensä sivuilla nykyään näköjään puhutaan 1/4, 1/6 tai 1/8 wavefront, kun taas TS sivuilla on 1/6, 1/8 tai 1/10 wave. 1/6 wave on sama kuin 1/3 wavefront. Diffraktiorajoitteisen alarajana pidetään 1/4 wavefront eli 1/8 wave.

Ei tuo tähtitestikuva ainakaan parempaan kuin 1/3 wave viittaa.

Laskeskelin (toivottavasti oikein) että jos 30cm peilissä uloin 10 mm sektori (140-150 mm sätellä) heijastaa valon eripolttopisteeseen kuin peilin sisempi280 mm (0-140 mm sektori)
tämä 10mm ulkosektori heijastava pinta-ala on  91.19cm2 joka vasta 10.4cm peiliä noin 13.5% koko peilin heijastuspinta-alasta, kun vähennetään apuleilin (62mm halk) 30.19cm2.

60cm peilin uloin 10mm sektori on pinta-alaltaan 230 cm2, mikä vastaa 17cm peilin valonkeräyskykyä, jos aivan uloinpaan 5-10mm on jäänyt taipumaa, se saattaa jäädä focaultintestissä huonossalykyssä huomaamatta, maskittomassa mittauksessa sen pitäisi pystyä mittaamaan ok. Jos vika on aivan ulkoreunassa, niin kannattaa koittaa maskata se pois käytöstä, ja muuttaa nimeksi Rebel 580!


Kun tekee ekat mittaukset ja saa ekat kunnon tulokset, kannattaa mittalaittestoa vähän siirrellä, ja seuraavana päivänä järjestellä mittaus uudelleen ja katsoa saako saman näköistä tulosta kun ekalla kerralla - ettei tee hätiköityjä johtopäätöksiä.

[Kaizu]

Valmetilla oli mittalaitteiden kalibrointia varten kalibroitihuone. Huoneen lämpötila oli +20C.
Huoneessa oli mittauspöytänä massiivinen kivitaso. Kivitaso oli perustettu irti tehtaan muusta lattiasta. Tarkoituksena oli välttää nuo Timpan kertomat haitat. Vielä on hifistelyvaraa.

Kaizu

[Ari Haavisto]

Onneksi uudelleeneristin ja tiivistin kaukoputkikammion isot ovet viime syksynä, niin on toivoa saada lämpövirtaukset hallintaan sopivalla säällä. Uudet leditkin saapuivat tänään, niin pääsee jatkamaan.

Jos nyt leikitään ajatuksella, että löydän vaikkapa neljännesaallon ylikorjauksen, eikä se ole taipunut reuna vaan puhdasta ylikorjausta, niin mitähän tapahtuisi jos yrittäisi käyttää tällaista?: https://www.edmundoptics.com/f/spherical-aberration-compensation-plates/14001/

Tuollainenhan sujahtaisi mukavasti vaikka komakorjaimen tai barlowin yhteyteen tai vaikka suodinpyörään ja kun kuitenkin kuvaan suotimien läpi, niin monokromaattistakin se olisi. Mikä sitten on tuossa tarkoitettu pieni näkökenttä? Planeetta nyt ainakin on sellainen. Onko kukaan touhunnut tällaisten kanssa? Voisi olla kiinnostava kokeilu.

[mistral]

En ymmärrä mihin aberraatioon tuo on tarkoitettu mutta jos peilissä on muotovirhe niin se pitäisi kompensoida mahdollisimman lähellä peiliä eikä metrien päässä. Muistaakseni Hubbleen tehtiin korjauslinssi ja sillä saatiin huippuoptiikka, eikös se ollut iso peilin kokoinen linssi?

Tiedetuubissa olikin selostus:
---------------
Hubblen ensimmäinen huoltolento tuli enemmän kuin tarpeeseen, sillä teleskoopin pääpeili oli kyllä hiottu erittäin tarkasti, mutta valitettavasti väärään muotoon. Peilin reuna-alueet oli hiottu hieman liian lattanaksi; tarkalleen ottaen sieltä lasia oli otettu 2,2 mikronia (eli noin 1/15 ihmisen hiuksen paksuudesta) liikaa. Tästä syystä peilin muodostama kuva oli sumuinen.

Siksi Hubblelle piti asentaa monimutkainen palloaberraation korjaava optiikka, jota kutsuttiin aikanaan mielikuvituksellisesti piilolaseiksi. Kyseessä oli oikeasti viidestä pienestä peiliparista koostunut kokonainen laitteisto, joka vei yhden Hubblen neljästä instrumenttilaatikosta. Yksittäiset peilit olivat kooltaan (ja ulkonäöltään) hammaslääkärin peilin kaltaisia, tosin erittäin huolellisesti oikeaan muotoon hiottuja.
----------------

[Lauri Kangas]

Nuo ovat pääasiassa tarkoitettu asetettavaksi kollimoidun valon beamiin ennen suunnilleen kokoistaan linssiä. Tämä tekee tuon rajoituksen näkökentälle, koska kovin paljon vinossa tuleva kollimoitu beami ei enää saa mukaansa suunniteltua määrää aaltorintaman kompensoivaa virhettä. Planeetan eri reunoista tulevat beamit ovat toki näkökenttänä varsin pieniä. Mutta jos laittaa tuon korjaimen taakse D=25mm objektiivilinssin, niin sen piirtämä kuva siitä planeetasta ei myöskään ole kovin iso.

Jos sen laittaa fokusoituun kartioon, täytyy huomioida lisäksi tuollaisen tasaisen lasilevyn aiheuttama lisääntynyt palloaberraatio (jollaisen tietysti esim. pelkkä suodatinkin aiheuttaa).

Tarkempaa juttua noista korjaimista on täällä: https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/optics/an-in-depth-look-at-spherical-aberration-compensation-plates/

Lähimpänä on tuo käytännön esimerkki numero 2, jolla yritetään korjata edmundin tasokuperan linssin palloaberraatiota ennen linssiä. Kaavassa 4 pohditaan paljonko aaltorintamaan jää virhettä kun huomioidaan levyn paksuus ja sen sijainti fokusoidussa kartiossa.

Jos mittahärvelistä saat tuon peilin muodon asfäärisyyden ilmoitettua kartiona ja noina parillisina polynomikertoimina, niin minkä tahansa noiden edmundin korjaimien tuottaman lopputuloksen voi kyllä varsin helposti laskea spottidiagrammeina tai aberraatiokäppyröinä.

[Ari Haavisto]

Kiitos Lauri,
Laskeskelin hätäisesti pari esimerkkiä tuolla Edmundsin kaavalla (jos nyt suinkaan ymmärsin sen oikein) ja kaikkein herkin tuo näyttäisi olevan aukkosuhteelle. Kun sitten sijoitin hypoteettisesti -0,25 aallon 25mm korjauslasin suodinpyörään barlowin jälkeen F10 kartioon, infrapunafilsun ja kameran väliin, sain nettokorjaukseksi -0,23 aaltoa. 2,7x barlowilla saisin n. -0,2 aaltoa. Tuollainen olisi melko helppo laittaa omaan filtteripaikkaansa oman ir pass filsun selkään. Helppo olisi vaan kokeilla, mutta hiukan hintava kokeiluksi jos menee pieleen, kun tuohon tulee kaikki tullit ja alvit vielä päälle.

[Miika]

Helppo olisi vaan kokeilla, mutta hiukan hintava kokeiluksi jos menee pieleen, kun tuohon tulee kaikki tullit ja alvit vielä päälle.

Sattumalta laitoin eilen tilauksen Edumndsille ja erillistä tullia ei näytä tuleva. Tilatessa näkyi, että tavara tulee Hollannin varastosta, joten alvilla ja toimituskuluilla selvisi. Toimituskulut olivat 22,5 €.

Tilaukseni liittyi aiheeseen sen verran, että innostuin Cloudy Nightsin keskustelujen kautta rakentelemaan Bath-interferometria vanhan omatekoisen peilin mittaamiseksi, joten tilasin Edmundsilta optiikan säteenjakajaa lukuunottamatta. Säteenjakaja oli turhan hintava, joten halvempi versio tulee Kiinasta.